Reporte de Practica #2

UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO DIVISIN DE CIENCIAS NATURALES Y EXCTAS DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA LABORATORIO DE SIMULACIN DE PROCESOS Y PRODUCTOS

PRODUCCION DE BIOETANOL APARTIR DE CAA DE AZUCARLa caa de azcar es considerada dentro de la clasificacin de alimentos como una fruta, su origen es del sureste asitico y fue hasta 1522 que lleg a nuestro pas y su plantacin en el estado de Veracruz, su jugo se utiliza principalmente para producir 70% del azcar en el mundo, dentro de los complejos que se denominan Ingenios azucareros.Su cultivo es propio de zonas tropicales y subtropicales, y necesita de abundante agua y suelos adecuados para crecer bien. Mediante la fotosntesis puede absorber hasta el 2% de la energa solar que recibe, para convertirla en un 14% a 17% de sacarosa y 14% a 16% de fibra.El periodo de crecimiento de la caa de azcar toma entre 11 y 17 meses, dependiendo de la variedad de la caa y la zona de cultivo. La planta retoa varias veces y se puede seguir cortando (a estos cortes se les conoce como zafras). Debe renovarse cada siete a diez aos con nuevos retoos porque su riqueza se deteriora con el tiempo.El bioetanol es un alcohol, el cual se produce a travs de la fermentacin de los azcares o del almidn extrado de la biomasa de ciertos cultivos La produccin de etanol en nuestro pas se obtiene bsicamente de la caa de azcar.

PRODUCCIN Y DEMANDA NACIONAL DE BIOETANOL COMO BIOCOMBUSTIBLE PARA MOTORES DE AUTOMOVILESSatisfaccin de necesidades (usos y aplicaciones)

En Mxico, slo 9.5% de la oferta total de energa es renovable, mientras que en Brasil 38.7% de su energa es de fuentes renovables (Ver cuadro 1). Adems, habra que aclarar que la poca energa renovable que se produce en Mxico, a diferencia de Brasil, es fundamentalmente hidrulica, solar y elica, y no se utilizan hasta el momento la produccin comercial de biocombustibles a partir de cultivos agrcolas o forestales.

TABLA 1 Oferta de energa renovable y no renovable para el ao 2004 (Miles de barriles equivalentes de petrleo)

PasOferta total No Renovable* %Renovable**%

Argentina476 979.8439 593.292.237 386.57.8

Brasil1 557 176.4955 163.861.3602 012.638.7

Mxico1 128 671.21 021 460.690.5107 210.69.5

*Petrleo, carbn, gas y nuclear. **Hidroenerga, lea y otras.Fuente: Anuario Estadstico de Amrica Latina y El Caribe 2006; CEPAL.En Mxico, desde hace varios aos, se produce etanol de caa de azcar en los diferentes ingenios del pas que cuentan con destileras, slo que su uso es para bebidas embriagantes e industriales, no para uso combustible. Se produce, principalmente, de melazas de caa de azcar y con una tecnologa tradicional y bastante conocida.No obstante de contar con capacidad instalada para producir mayor cantidad, los ingenios del pas no la utilizan, dado que la demanda es limitada y que el insumo es cclico. En promedio, la capacidad utilizada es de 44% respecto a la capacidad instalada; adems es relativamente fcil hacer adecuaciones para ampliar esa capacidad.Aproximadamente, la mitad de los ingenios del pas cuentan con destileras, unas ms, otras menos modernas, pero pueden producir etanol (96 GL). Por ejemplo, la oferta total en el ciclo agrcola 2002-2003 fue de 39.2 millones de litros, producidos por los ingenios descritos en el cuadro 3.

TABLA 2 Produccin de Etanol en Mxico y capacidad instalada (Litros por ciclo agrcola) para el ao 2002/2003

IngenioCapacidad instaladaProduccin(ciclo 2002/03)Capacidad utilizada (%)

Aarn Senz8 550 0004 948 00057.9

Calipam2 400 000990 26141.3

Constancia9 000 0004 997 40055.5

El Carmen5 400 0002 923 00054.1

El Mante7 200 0005 082 30070.6

Independencia4 500 0001 250 90827.8

La Joya4 200 0001 307 00031.1

La Providencia7 500 0001 818 47124.2

Pujiltic6 000 0003 373 00456.2

San Jos de Abajo7 500 0001 118 00014.9

San Nicols12 000 0002 547 68321.2

San Pedro7 500 0003 206 00042.8

Tamazula7 500 0005 643 75075.3

Total89 250 00039 205 77743.9

Fuente: Anuario Estadstico de Amrica Latina y El Caribe 2006; CEPAL

No todo el etanol que se produce en Mxico es anhidro. Ya que se estima que la capacidad instalada para etanol combustible sera de 33 millones de litros por ao, producidos fundamentalmente en los ingenios La Gloria y San Nicols, ambos ubicados en el estado de Veracruz. De la misma manera se debe de tener encuentra que la produccin de dicho compuesto ha ido disminuyendo en 1988 se lleg a producir 70 millones de litros, y ya para el 2004 slo se producan 35 millones de litros, prcticamente la disminucin fue de ms de la mitad del total.

El etanol anhidro tiene principalmente dos usos: como materia prima para oxigenar las gasolinas y como sustituto de las mismas, previa combinacin en diferentes porcentajes. Por tanto, estimar la demanda es una cuestin que est ntimamente relacionada con el volumen de MTBE y TAME susceptible de ser sustituido, y del porcentaje que Pemex decida combinarlo, pero que adems, sea viable tcnica, econmica y socialmente.Suponiendo que Pemex decida primero usarlo como materia prima para oxigenar las gasolinas, la demanda tiene que ver con las decisiones que tome el consumidor nico del etanol: Petrleos Mexicanos.

TABLA 3 Componentes principales de la caa de azcarComponentes Tallos %Cogollos y hojas %

Materia seca 29.0026.00

Azcares 15.432.18

Lignocelulosa 12.2119.80

Materia a bioetanol 27.6421.98

Cenizas y otros comp. 1.364.02

Agua 71.0074.00

Total: 100.00100.00

Fuente tomada: Proceso de produccin de Bioetanol a partir de caa de azcar. Fuente: SAGARPA; Bioenergeticos.com 30-03-2015.

Como podemos observar dentro de la tabla I, dentro del % de componentes de la caa de azcar que se pueden aprovechar para la produccin de bioetanol se encuentra un 27.64%, lo cual resulta muy redituable dicha plantacin para la generacin de nuestro biocombustible. Debido a que dentro de los ingenios azucareros no solamente de produce Bioetanol, sino tambin el jarabe por concentracin del jugo de caa, se deben de aplicar procesos de separacin como: Cristalizacin y una posterior centrifugacin de las cuales se va retirando el azcarAs, la primera etapa de cristalizacin y centrifugacin permite obtener el azcar A y la melaza A. Luego esta melaza es sometida a nueva cristalizacin y centrifugacin, resultando el azcar B y la melaza B. Finalmente, de modo anlogo, se produce el azcar C y la melaza C.

De las etapas antes mencionadas, en centrifugacin (A) todo el jugo de caa se destina a la produccin de bioetanol (sin que se genere azcar) lo cual nos permite obtener un gran porcentaje en litros de bioetanol), mientras que en las dos siguientes centrifugaciones (B) y (C), se obtienen azcar y bioetanol. Para el caso de Mxico se estima que una tonelada de caa con un porcentaje de sacarosa entre 13 y 14 % produce de 70 a 80 litros de bioetanol, aunque dicha produccin reduce la flexibilidad de la empresa para diversificar sus productos de acuerdo a las condiciones del mercado (vendiendo melazas, azcar o bioetanol)En el pas se generan cerca de cinco millones de toneladas de azcar y aproximadamente 56 millones de litros de etanol. Se estima que la capacidad instalada de las plantas actualmente es de 346,000 litros /da (Enrquez, 2005).Durante el periodo de 2004-2005 la produccin de bioetanol en Mxico fue de 59.3 millones de litros, lo que resulto un bajo nivel si se compara con lo que produce Brasil, Estados Unidos o Argentina, cuya produccin en conjunto representa ms del 58% del etanol mundial.

Fig.1 Proceso de produccin de Bioetanol a partir de caa de azcar. Fuente: SAGARPA; Bioenergeticos.com 30-03-2015.

PRODUCCIN Y DEMANDA INTERNACIONAL DE BIOETANOL COMO BIOCOMBUSTIBLE PARA MOTORES DE AUTOMOVILES

La produccin y el uso de bioetanol como combustible para automviles en el mundo, actualmente tiene una gran demanda y en especial estudiaremos uno de los pases con el mayor enfoque en el rubro, Brasil el cual desde 1931 tiene una notable evolucin y consistencia, de acuerdo con un modelo productivo que puede ser adaptado e implementado en otras empresas alrededor del mundo.La produccin de bioetanol a partir de la caa de azcar representa actualmente la segunda ms importante fuente primaria de energa renovable en la matriz en el pas sudamericano. Debemos destacar que a partir del ao 1932 el gobierno brasileo se enfrent a un excedente en la produccin de la industria azucarera, esto aunado a la necesidad de reducir la dependencia de los combustibles fsiles, por decreto oficial a incluir como mnimo un 5% de bioetanol anhidro en la gasolina, lo cual propici que se desarrollara una serie de exhaustivas pruebas de investigacin y la industrializacin de un proceso para la produccin en serie de bioetanol.Con la crisis econmica y del petrleo de 1975, dentro de Brasil se intensific la produccin de bioetanol, crendose el Programa Nacional de Alcohol, el cual pretenda como meta la produccin de 3 mil millones de litros de bioetanol para 1980, nuevamente el recrudecimiento de la crisis de 1979 sirvi de incentivo para que el gobierno apostara el todo por la produccin de bioetanol y su uso como biocombustible, alcanzando para 1985 un record superando los 11.7 mil millones de litros. A partir de 2003, con el advenimiento de los coches flexibles y su gran aceptacin por parte de los consumidores, se retom el crecimiento del consumo del bioetanol hidratado en el mercado interno abriendo nuevas perspectivas para la expansin de la agroindustria de la caa en Brasil, que se suman a las posibilidades del mercado internacional de bioetanol anhidro para uso en mezclas con gasolina pudiendo verse en la figura 2.

Fig.2 Proceso de produccin de Bioetanol, caa de azcar y azcar como materias primas en Brasil. Fuente: Bioetanol de caa de azcar Una energa para el desarrollo sostenible 30-03-2015.

Actualmente la caa ocupa cerca del 9% de la superficie agrcola del pas y es el tercer cultivo ms importante en superficie ocupada, despus de la soya y el maz. En 2006, el rea cosechada fue de 5,4 millones de hectreas, para un rea plantada de ms de 6,3 millones de hectreas y produccin total de 425 millones de toneladas. La regin productora de mayor destaque es la del Centro Sur Sudeste, que concentra ms del 85% de la produccin, con cerca del 60% en el Estado de So Paulo.El sistema de produccin involucra ms de 330 ingenios, con capacidad entre 600 mil y 7 millones de toneladas de caa procesada por ao. Un ingenio promedio tiene una capacidad de molienda de cerca de 1,4 millones de toneladas anuales.

Realizando un anlisis de los costos de produccin contra materia prima, operacin, mantenimiento e inversin, el costo final del bioetanol de caa de azcar se sita entre los US$ 0,35 y US$ 0,40 por litro de bioetanol, con respecto al petrleo entre US$ 50 y US$ 57 por barril, pudiendo observar que los costos son significativamente inferiores a los de la produccin de los combustibles fsiles, lo cual nos da indicios de que efectivamente el proceso para la produccin de dicho biocombustible es factible y representa una alternativa para reducir la dependencia y efectos adversos que muestra el uso del combustible fsil.Con referencia al mercado para el bioetanol, para el 2010 se obtuvo una demanda global de 101 mil millones de litros, frente a una oferta estimada en 88 mil millones de litros, de la misma manera se puede encontrar un equilibrio en 2015, cuando la oferta deber situarse cerca de los 162 mil millones de litros. Pudindose observar en la figura 3.

Fig.3 Estimacin de oferta y demanda de la produccin de bioetanol en el mundo para el ao 2010-2015.Fuente: Bioetanol de caa de azcar Una energa para el desarrollo sostenible 30-03-2015.

Actualmente, slo cerca del 1% de las tierras arables del mundo se utiliza para la produccin de biocombustibles lquidos, con perspectivas de ser aumentada para un 3% a 4% en 2030, lo cual repercute favorablemente en el mercado de la produccin industrial a mayores niveles para cubrir con la demanda de necesidades.

TABLA 4 Precios internacionales del etanol para el rango de aos 2007-2018 (Dlares/100 lt)AoPrecio

200731.4

200842

200953

201055.6

201154

201253.7

201353.6

201452.9

201552.8

201652.7

201752

201851.3

Se toma como precio internacional el de Brasil (Sao Paulo), Ex destilera.Fuente: OECD-FAO; Agricultura Outlook 2008-20017

Fig.4 Principales usos del etanol producido a partir de caa de azcar a nivel mundial.

Fig.5 Produccin de bioetanol en el mundo de acuerdo al tipo de biomasa, as como el rendimiento por Lt/ hectrea.

TABLA 5 Comparacin de la energa proporcionada por diferentes tipos de Biomasa, asi como las emisiones de contaminantes evitados. Materia primaRelacin de energaEmisiones evitadas

Caa de azcar9.389%

Maz0.6-2.030-38%

Trigo0.97-1.1119-47%

Remolacha1.2-1.835-56%

Mandioca1.6-1.763%

Residuos ignocelulosicos8.3-8.466-73%

Fuente: Elaborado en base a Dai et al. (2006), EBAMM (2005), IEA (2004), Macedo etal. (2007) y Nguyen et al. (2007).

Proceso para la produccin de bioetanol a partir de caa de azcar

Separaciones Mecnicas: El proceso se inicia con la molienda de la caa de azcar, una vez que sta es cosechada de los grandes campos, en un trapiche o molino especial que a base de esfuerzos mecnicos exprime toda la fibra, para luego separar el jugo azucarado de la misma. El jugo se procesa para obtener azcares y alcoholes. La fibra, llamada bagazo, se utiliza como combustible en calderas que producen vapor con el que se mueven las turbinas del mismo complejo. Lo cual se puede observar en la Imagen 3, dentro del primer paso.

Dilucin: Dentro de sta etapa del proceso se adiciona agua para ajustar la cantidad de azcar en la mezcla o (en ltima instancia) la cantidad de alcohol en el producto. Es necesaria porque la levadura, usada ms adelante en el proceso de fermentacin, puede morir debido a una concentracin demasiado grande del alcohol.

Conversin: en dicha etapa se pretende convertir el almidn/celulosa en azcares fermentables. Puede ser lograda por el uso de la malta, extractos de enzimas contenidas en la malta, o por el tratamiento del almidn (o de la celulosa) con el cido en un proceso de hidrlisis cida.Fermentacin: La fermentacin alcohlica es un proceso anaerbico realizado por las levaduras, bsicamente. De la fermentacin alcohlica se obtienen un gran nmero de productos, entre ellos el alcohol, sta cuarta etapa es considerada el corazn del proceso, ya que para nuestro conocimiento y enfoque, se debe utilizar en especfico un reactor, dentro del cual se llevara a cabo nuestra reaccin de fermentacin con ayuda de la levadura sacharomices cereviseae, para nuestro caso estamos hablando de un Reactor CSTR (Reactor de Tanque Agitado), esto con la finalidad de poder mantener homogneamente la concentracin de los reactivos, as como del producto que constantemente se est formando (bioetanol), para una vez que se alcanza la conversin de 95% pueda ser retirado de dicho reactor. Se debe sealar que los azcares que nuestra levadura ha de procesar son slo los monosacridos glucosa/fructosa y posee la enzima invertasa para desdoblar o hidrolizar a la sacarosa convirtindola en sus azcares simples que la constituyen: glucosa y fructosa.Para iniciar el proceso de fermentacin, se parte de una cantidad de levadura prensada, la cual se hace reproducir en unos tanques denominados pre fermentadores, se puede observar en imagen 4) el rea de cuba de pre fermentacin, tanques en que se han de agregar adems de los azcares antes mencionados, aire y nutrientes que proveern los elementos bsicos tanto para la nutricin como para la reproduccin: fsforo (como cido fosfrico) y una fuente de nitrgeno (sulfato de amonio, urea). El resto de los elementos que la levadura necesita para esta etapa la encuentra en la solucin azucarada formada a partir de la melaza, la cual conlleva una serie de elementos tales como sodio, potasio, magnesio, aminocidos, etc, que son muy tiles para aquella.Una vez que la levadura est en la cuba de fermentacin, se cuida que el pH del medio se mantenga en 5,0 5,5 utilizando para ello cido sulfrico que se agrega en el pre fermentador. La alimentacin del mosto azucarado se hace inicialmente con una concentracin de azcares reductores totales mnimos para que paulatinamente a travs de cada ciclo, mientras la levadura se vaya acostumbrando a la concentracin del alcohol etlico que se forma en el medio fermentativo (el alcohol etlico es un producto de desecho de la misma).Por otro lado, la alimentacin de los azucares y la levadura se hace cuidadosamente, tratando de ir restituyendo los azcares en la medida que son consumidos en el medio, adems de cuidar la temperatura del medio mantenindola en 30 32 C mediante distintitos sistemas de refrigeracin, en nuestro caso mediante el uso de intercambiadores de calor a placas. El sistema utilizado de fermentacin en este proceso en especfico es el denominado Melle Boinot, o sistema de recuperacin de levaduras. Este sistema contempla el hecho de que las levaduras deben ser recuperadas mediante centrfugas, que en virtud de que las levaduras son las de mayor peso en el lquido que las contiene, pueden ser separadas del mismo mediante la fuerza centrfuga. As de este modo, la mquina ha de separar por un lado el vino (mosto fermentado, pero ahora sin levadura) y la levadura que retorna a los pre fermentadores.

Fig.6 Parte del proceso donde se involucra el reactor de tipo CSTR y su importancia para la produccin de bioetanol a partir de caa de azcar.

Los clculos que se deben tener en cuenta siguiendo la estequiometria de la reaccin de fermentacin que ocurre dentro del Reactor CSTR, es la siguiente:GLUCOSA---------2 C2H5 OH + 2 CO2 + CALOR180 GRS 92 GRS 88 GRS

Tomando como base la ecuacin de reaccin anterior y considerando una base de clculo de 100 unidades de glucosa obtenemos:100 gramos de glucosa: producirn 51,11 grs de alcohol etlicoSi consideramos la densidad el etlico puro a 20C: 0,7893 g/cm100 grs de glucosa producirn: 64,753 ml de alcohol, valor este que se conoce como el Factor de Gay Lussac y que se ha de utilizar en todos los clculos de conversin de azcares simples (hexosas) a volumen de alcohol etlico.Como es sabido en las reacciones qumicas, muy pocas veces se logra obtener una conversin del 100% por parte de los reactivos a productos, en nuestro caso la fermentacin en condiciones normales est en el orden del 90%, valor que puede ser incrementado, dando a la fermentacin la capacidad volumtrica suficiente, como as tambin de la refrigeracin ptima, y recuperando el alcohol etlico que el CO2 se lleva consigo como micro gotas.

Fig.7 Izquierda; dimensiones y operacin del equipo de fermentacin (Reactor CSRT) a la derecha se encuentran las cubas de pre fermentacin y sus dimensiones.

Destilacin o Deshidratacin: Esta etapa final del proceso conocida como destilacin, se utiliza para poder realizar una purificacin o separacin de componentes principales que salen en mayor proporcin de nuestro reactor CSRT, los cuales se encuentran en estado lquido y se trata de la mezcla (etanol/agua). El sistema de deshidratacin o tambin conocida como una destilacin Reactiva utiliza ciclo hexano como agente msico externo el cual forma mezclas ternarias con el alcohol y el agua, que al vaporizar y condensar se produce una separacin de fases: a) Fase liviana compuesta por un 94.7 % de ciclo hexano 5.1% alcohol etlico 0,2% agua b) Fase pesada compuesta por: 63 % etanol 17% de agua 20% ciclo hexano. La fase pesada es la que se retira del proceso de la columna de deshidratacin para separar en otra columna (recuperadora) el agua del resto de alcohol y ciclo hexano, volviendo estos dos ltimos a la columna deshidratadora, eliminando el agua por la parte inferior de la columna recuperadora.En todo sistema de destilacin, priva la diferencia de puntos de ebullicin, los cuales se ubicarn de mayor a menor desde la base de la columna hasta el tope o cabeza de la misma. Por ello, el agua termina eliminada por la parte inferior de la columna recuperadora (p.e. 100 C), yendo a la cabeza de la misma el alcohol (78,3 C) y el ciclo hexano (81 C), en tanto las mezclas ternarias adquieren puntos de ebullicin mucho ms bajos en el orden de 63 C que se ubicaran en el tope de la columna deshidratadora, permitiendo de esa manera llevar a cabo la extraccin del agua del alcohol obtenido por destilacin azeotrpica, quedando el alcohol anhidro como el producto de mayor punto de ebullicin siendo retirado de la columna deshidratadora por la base de la misma.

El ciclo hexano forma una mezcla ternaria con el agua y el alcohol, mezcla que al ser evaporada y posteriormente condensada, se separa en dos fases:1. Una fase liviana que contiene un gran porcentaje de ciclo hexano, algo de alcohol y nada de agua prcticamente.2. Una fase ms pesada, que contiene una gran cantidad de agua, algo menos de ciclo hexano y algo de alcohol.

TABLA 6 Composicin de las diversas fases que se forman en la destilacin extractante que se lleva acabo para separar la mezcla ternaria formada por etanol, agua.FaseEtanolAguaCiclo hexano%

Ternario24.25.870100

Fase liviana5.10.294.7100

Fase Pesada631720100

El vino que sale del reactor de fermentacin y entra en la columna destiladora, la cual est calefaccionada por medio de vapor escape de 1,5 kg/cm y en contacto directo. El principio bsico de la destilacin es que el vapor arrastra hacia arriba siempre al ms voltil. Siguiendo este concepto, el vapor lleva hacia el tope de la columna a los ms voltiles, en este caso el alcohol etlico y otros compuestos tambin voltiles, que se forman en el proceso de la fermentacin, yendo en sentido contrario (hacia el fondo de la columna) el vino que cada vez se agota ms, hasta llegar al pie de la columna totalmente agotado con trazas de alcohol que no sobrepasan el 0,05% v/v (porciento volumen de vino), y en dnde se transforma ese vino en vinaza (vino exento de alcohol).Posteriormente los componentes que salen de la columna de destilacin por la parte superior caracterizados como los ms voltiles (alcohol etlico y otros compuestos que la fermentacin a producido) reciben el nombre de mezcla hidroalcohlica: Flema de Mal Gusto y posee una concentracin de 45- 50% v/v. Se puede ver en Imagen 8).La flema de Mal Gusto se enva a una columna denominada depuradora, en la cual utilizando vapor tambin, en contacto directo, se enriquecer en los ms voltiles que el etanol y los llevar al tope de la columna y en dnde previa condensacin sern separados del sistema formando lo que se conoce como Alcohol Mal Gusto, el cual est primordialmente conformado por: etanol, aldehdo actico, steres (acetato de etilo). Se puede ver en Imagen 6).Dentro del diseo de la columna depuradora se debe destacar que consta de 40 platos, todo en cobre.En una posterior etapa, la flema de buen gusto que se obtiene de la parte inferior de la columna de depuradora, que posee una concentracin de etanol en un rango de 30-40 % v/v, se procede a enviar a una ltima columna denominada de rectificacin, la cual consta de 60 platos y donde se busca concentrar el etanol hasta un 96% v/v, extraer tambin alcoholes superiores como el propanol, butanol, pentanol, furfural, as como el alcohol amlico e isoamilico, estos 2 ltimos conforman lo que se conoce como aceite fusel y deben de ser retirados ya que conforman soluciones inmiscibles con el agua y ello podra hacer imposible la posterior separacin de nuestra mezcla etanol-agua , para lograr la purificacin deseada de nuestro producto final. Se puede ver en Imagen 6).Un componente que se forma en el proceso y que acompaa al etanol hasta el final es el Metanol, el cual solo se separa del etanol cuando este ltimo esta en altas concentraciones y ello ocurre en el tope de la columna rectificadora en donde el etanol alcanza el 96% de concentracin. En esas condiciones, el metanol se convierte en ms voltil, y por lo tanto va al tope de la columna. Para poder retirarlo, se hace entonces una extraccin de uno de los condensadores de cabeza, en tanto del alcohol etanol de 96% se extrae unos platos ms abajo del tope, como dando lugar a que se separe completamente de la presencia de metanol.

Fig.8 Diagrama de los trenes de separacin para la mezcla de vino que procede del Reactor CSRT.

Fig.9 Diagrama ilustrado del proceso para la produccin de bioetanol a partir de caa de azcar en los ingenios azucareros.

Fig.10 Diagrama de las columnas de separacin para el vino que se obtiene del efluente del Reactor CSRT.

Fig.11 Diagrama del proceso completo en bloques para la produccin de bioetanol a partir de caa de azcar en los ingenios azucareros.

Proceso alternativo para la produccin de bioetanol

Debemos destacar que dentro de ste apartado referente a la existencia de algn proceso alternativo para la produccin de bioetanol, debemos mencionar que no lo hay, la nica variante que fue identificada es la materia prima a partir de la cual se parte para llegar al mismo producto que es el bioetanol. Es decir el proceso es el mismo en general para toda la produccin de dicho combustible.Las variantes que deben de ser analizadas para seleccionar el tipo de biomasa con la cual se trabajara, son principalmente: aquel cultivo que nos genere mayor y mejor calidad de bioetanol, la disponibilidad del mismo para ser sembrado, as como aquel que nos permita la menor utilizacin de agente msico externo para realizar la destilacin extractante. Para nuestro caso otra opcin de cultivo para el mismo proceso planteado seria el Maiz, ya que es una biomasa, la cual presenta una gran conversin a bioetanol, se considera limpio, nos permite el uso de cantidades mnimas de agente msico externo en la ltima etapa donde se separa la mezcla ternaria de agua, etanol y ciclo hexano. El maz es una planta muy fcil de sembrar y cosechar, la cual puede ser de lluvia o de temporada, las condiciones no requieren de mucha humedad ni cuidados excesivos.

Consumo energtico en las condiciones de diseo para cada equipo en especfico

TABLA 7 Requerimiento energtico para la operacin de la Bomba B-1 de alimentacin de aceite.VariableMagnitudUnidades

Energa requerida para su funcionamiento2.1Kw

Flujo volumtrico2.23L/min

P0.013076Atm

Dimensiones (Longitud) 10.92M

TABLA 8 Requerimiento energtico para la operacin de la Bomba B-2 de alimentacin de metanol.VariableMagnitudUnidades



P0.013076Atm


TABLA 9 Requerimiento energtico para la operacin de la Bomba B-3 de recirculacin de metanol.VariableMagnitudUnidades



P0.03669Atm


TABLA 10 Requerimiento energtico para la operacin del reactor CSTR R-1.VariableMagnitudUnidades

Temperatura60C

Calor requerido198.9519Cal/seg

Volumen47.6747L

Fase lquida47.6747L

Fase gaseosa0L

Tiempo de residencia0.75Hr


Temperatura60C


Volumen45.6634L

Fase lquida45.6634L

Fase gaseosa0L


TABLA 12 Requerimiento energtico para el condensador de la columna de destilacin T-1 (Recuperacin de metanol).VariableMagnitudUnidades

Temperatura63.58C

Calor requerido-2523.33Cal/seg

Flujo de destilado0.36Kmol/hr

Reflujo0.72Kmol/hr

Relacin de reflujo2

TABLA 13 Requerimiento energtico para el Reboiler de la columna de destilacin T-1 (Recuperacin de metanol).VariableMagnitudUnidades

Temperatura185.01C


TABLA 14 Requerimiento energtico para el condensador de la columna de destilacin T-2 (Purificacin de Biodiesel).VariableMagnitudUnidades

Temperatura94.77C



Reflujo0.24Kmol/hr

Relacin de reflujo2

TABLA 15 Requerimiento energtico para el Reboiler de la columna de destilacin T-2 (Purificacin de Biodiesel).VariableMagnitudUnidades

Temperatura255.98C


TABLA 16 Requerimiento energtico para el condensador de la columna de destilacin T-3 (Purificacin de Glicerol).VariableMagnitudUnidades

Temperatura89.18C



Reflujo0.12Kmol/hr

Relacin de reflujo2

TABLA 17 Requerimiento energtico para el Reboiler de la columna de destilacin T-3 (Purificacin de Glicerol).VariableMagnitudUnidades

Temperatura197.14C


Anlisis de sensibilidad del proceso

TABLA 18 Efecto del flujo de alimentacin sobre la conversin de triolena en R-1.Triolena(Kmol/hr)Metanol(Kmol/hr)Flujo volumtrico de la corriente al reactor (L/hr)Volumen de mezcla reaccionante LConversin XA

0.010.0334.787931.024188.09

0.020.0654.226735.129089.01

0.030.0974.2238.177989.32

0.040.1294.60247.674790.38

0.050.15115.27257.540091.13

0.060.18136.1767.732191.68

0.070.21157.25478.2592.19

Fig.12 Relacin de la conversin con respecto al flujo volumtrico de carga a R-1 CSTR.

Como se puede ver en la grfica anterior, la conversin tiene un comportamiento creciente a medida que aumenta el flujo volumtrico de carga al reactor a un espacio tiempo constante, recordando que dicho flujo volumtrico tiene a su vez una dependencia de la alimentacin estequiometria de los reactivos: triolena-metanol.

TABLA 19 Efecto del tiempo de residencia sobre la conversin de triolena en R-1.Tiempo de residencia (hr)Conversin XA

0.381

0.590

0.792

0.893

0.993.7

194

1.294.7

1.395

1.595.3

1.695.8

1.895.9

296

2.196

2.296

2.496

2.596.2

396.3

Fig.13 Relacin de la conversin con respecto al tiempo de conversin dentro del reactor R-1 CSTR.La interpretacin que podemos darle a este segundo anlisis de sensibilidad en funcin del tiempo de residencia que ocurre dentro del reactor es lo siguiente, donde a mayor tiempo de residencia se obtendr mayor conversin, debido a que las reacciones son reversibles y en presencia de metanol en exceso seguir convirtindose desplazando la reaccin hacia la produccin de oleato de metilo.

En los primeros 30 minutos la conversin se incrementa rpidamente hasta alcanzar un valor cercano al 91%, posteriormente el incremento de la conversin con respecto al tiempo es lento, pues la reaccin disminuye su velocidad. Es por esta ltima causa que se debe de implementar un segundo reactor para completar la conversin a un valor final de 97.91% en un tiempo de 1.5 horas.

PRODUCCIN Y DEMANDA NACIONAL DE BIODIESEL APARTIR DE ACEITE VEGETAL DE SOYA COMO BIOCOMBUSTIBLE PARA MOTORES DE AUTOMOVILES

Satisfaccin de necesidades (usos y aplicaciones)El biodiesel es un combustible alternativo para el diesel del petrleo, es producido principalmente por una reaccin llamada transesterificacin; llevada a cabo entre un aceite y un alcohol en presencia de un catalizador, para obtener los mono-alquil steres y glicerol, que luego se separan y se purifican.El trmino Bio- nos hace referencia a que es obtenido de la naturaleza y mediante reacciones que normalmente realizan las clulas (aspecto biolgico), es considerado un combustible limpio y renovable en comparacin con su homlogo diesel. Los aceites vegetales son usados como combustibles desde hace ms de 100 aos, teniendo como antecedente el invento en 1912 por parte de Rudolph Diesel, la primera mquina que funcionaba a base de aceite de cacahuate.Para esta parte nos centraremos en la produccin de biodiesel a partir del aceite de soja, el es un aceite vegetal que procede del prensado de la soja (Glycine max), la razn por la cual decid centrar mi investigacin es debido a que presenta grandes niveles de cidos grasos poliinsaturados, los cuales representan una ventaja ante los dems aceites, ya que permiten que las reacciones de transesterificacin se lleven con mayor facilidad, asi como las conversiones sean de un 91%.La produccin de soya que existe en el mundo es cada vez mayor, ya que no solamente es destinada para cubrir los aspectos de alimentacin, ya que el aceite de soya es uno de los productos que se consume por cerca del 87% de la poblacin mundial en su dieta diaria.La soya es una planta anual de origen oriental, que prefiere para su buen desarrollo, veranos clidos y hmedos. En Mxico, se emplea como aceite para cocinar y la pasta, co-producto del proceso de extraccin, como fuente de protena en los alimentos balanceados para el ganado.El cultivo de la soya para propsitos de produccin de biodiesel, dentro de nuestro pas se puede llevar acabo en la Regin Huasteca, Estados de Tamaulipas, San Luis Potos y el norte de Veracruz, en donde se pueden encontrar amplias superficies (ms de un milln de hectreas) muy probablemente propias en suelo y lluvia.

TABLA 20 Componentes principales de la planta de soyaComponente% en peso

Agua 6.0

Aceite 18.0

Protena 38.0

Fibra 8.0

Carbohidratos solubles 14.0

Carbohidratos insolubles 14.0

Cenizas 2.0

Fuente: Tesis: simulacin de una planta piloto para la produccin de biodiesel en el laboratorio de operaciones unitarias de la esiqie IPN 2010

Dentro de la produccin y los beneficios que aporta el tratamiento de la planta se soya, debemos mencionar, que una tonelada de granos de soya con 6 8 % de humedad al procesarse, produce aproximadamente 200 litros de aceite. Los 200 litros de aceite al esterificarse con bioetanol y sosa potsica como catalizador, producen 220 litros de biodiesel. Como se puede observar en la tabla VIII, dentro de las diversas semillas que se utilizan actualmente para la produccin de biodiesel encontramos que la seleccin ms viable es utilizar la soya, ya que ello nos genera un menor costo de produccin y con ello poder abaratar los precios de venta.

El costo primo de la soya en la produccin de un litro de biodiesel

Costo del frijol soya 1,000 kilogramos $ 2,356.00Valor de la pasta de soya $ 1,724.00Costo de la materia prima a biodiesel $ 632.00Biodiesel producido (litros) 220Costo primo por litro de biodiesel $ 2.87

TABLA 21 Lista de costo del biodiesel producido a partir de diversas semillasMateria prima ( cultivo)Precio en pesos

Palma Africana1.18

Pioncillo2.64

Soya2.87

Crtamo7.55

Girasol4.08

Colza5.08

Fuente: Tesis: simulacin de una planta piloto para la produccin de biodiesel en el laboratorio de operaciones unitarias de la esiqie IPN 2010Dentro de nuestro pas las investigaciones realizadas por Pemex, se resumen en 3 distintos escenarios, los cuales pretenden aumentar paulatinamente el crecimiento de la produccin de biodiesel as como su incorporacin al diesel producido de combustible fsil.Escenario #1Se pretende el uso de una mezcla de 10% de biodiesel y el 90% restante de PEMEX Diesel, por lo cual en esta primer etapa el valor de demanda y uso diario de los automovilistas, incluida directamente la produccin por parte de las industrias mexicanas (PEMEX), se esperan magnitudes de 2000-3000 miles de litros por da. Pueden consultarse mayores detalles en la figura inferior.

Escenario #2Se pretende el uso de una mezcla de 5% de biodiesel y el 95% restante de PEMEX Diesel, por lo cual en esta primer etapa el valor de demanda y uso diario de los automovilistas, incluida directamente la produccin por parte de las industrias mexicanas (PEMEX), se esperan magnitudes de 5000-6000 miles de litros por da. Pueden consultarse mayores detalles en la figura inferior.

Escenario #3Se pretende el uso de una mezcla de 20% de biodiesel y el 80% restante de PEMEX Diesel, por lo cual en esta primer etapa el valor de demanda y uso diario de los automovilistas, incluida directamente la produccin por parte de las industrias mexicanas (PEMEX), se esperan magnitudes de 10,000-13,000 miles de litros por da. Pueden consultarse mayores detalles en la figura inferior.

Fig.14 Diagrama donde se muestran los valores de demanda de biodiesel para los 3 escenarios planteados sobre el futuro de la demanda nacional en miles de litros. Fuente: SOLBEN, SOLUCIONES EN BIOENERGA Reporte de estudio 2011.

TABLA 22 Necesidades en base a la demanda de biodiesel nacional en Mxico, con proyeccin para el 2014Nmero de plantas requerida200920102011201220132014

Plantas Agrcolas8000 L/da616634652670690708

Plantas Industriales100000 L/da495152545557

Fuente: SOLBEN, SOLUCIONES EN BIOENERGA Reporte de estudio 2011.

Fig.15 Grfico sobre la proyeccin a futuro de la produccin de biodiesel en Mxico en los estados de mayor desarrollo en el mbito 2016 . Fuente: SOLBEN, SOLUCIONES EN BIOENERGA Reporte de estudio 2011.

PRODUCCION Y DEMANDA INTERNACIONAL DE BIODIESEL APARTIR DE ACEITE VEGETAL DE SOYA COMO BIOCOMBUSTIBLE PARA MOTORES DE AUTOMOVILES

Dentro de la produccin de biodiesel a nivel mundial, debemos destacar que los pases de primer mundo son los que llevan la batuta de la tecnologa en procesos, infraestructura e inversiones en el rea de los biocombustibles debido a sus mltiples inversiones, as como el apoyo que los gobiernos de dichos pases aportan con el fin de contribuir a mejorar y evitar en su mayor proporcin las emisiones de gases de efecto invernadero, como reducir paulatinamente la dependencia de los combustibles fsiles.

TABLA 23 Principales productores de la comunidad Europea de Biodiesel en miles de toneladas Pas200220032004200520062007200820102011

Alemania4507151035166926622890281928614932

Austria25325785123267213289560

Italia210273323964473635957062265

Francia366357348492743872181519102505

Fuente: European Biodiesel Board 2002-2011.

European Biodiesel Board es una organizacin sin fines de lucro, fundada en enero de 1997, que tiene como objetivo promover el uso de biodiesel en la Unin Europea.Se puede observar, en la referida tabla, que Alemania ha sido el mayor productor. En 2011 Italia ha aumentado mucho su produccin, pasando al 2 lugar, seguida de Francia y Austria. Los restantes pases de la unin europea producen menos de 1.000.000 de toneladas al ao.La FAO (Food and Agriculture Organization) ha calculado que 41,88 millones de km2 de tierras estn disponibles para la agricultura en el mundo y slo 0,11 millones de km2 se utilizan para la produccin de biocombustibles hoy en da, que no es ms que un 1% de esa rea. Cabe destacar que dicha organizacin estima que en 2030 se utilizarn para la produccin de biocombustibles 0,325 millones de km2, lo que representa un 2% de la superficie agrcola total.

Fig.16 Grfico sobre la oferta y demanda de Biodiesel en el mundo para el ao 2015, donde 1 = USA y Canad, 2= Unin Europea, 3= Latinoamrica, 4= Brasil, 5= frica, 6= Asia. Donde el color rojo representa la oferta y el color azul la demanda. Fuente: SOLBEN, SOLUCIONES EN BIOENERGA Reporte de estudio 2011.

Proceso para la produccin de biodiesel a partir de aceite de soya

Las etapas del proceso convencional para la produccin de biodiesel a partir de aceite de soya son las siguientes, mismas que sern descritas a mayor detalle con el transcurso de las pginas:

Mezclado Reaccin (transesterificacin). Recuperacin de metanol. Lavado. Purificacin de biodiesel (FAME). Purificacin de glicerol.

Fig.17 Diagrama del proceso completo de una planta productora de biodiesel, realizado en ASPEN PLUS V8.

Lista de los equipos involucrados y sus especificaciones de diseo de cada uno de ellos durante todo el proceso

CantidadNomenclaturaEquipoEspecificaciones

2R-1R-2Reactor CSTRAcero inoxidable con camisa de vapor, capacidad de 60 Lt

1T-1Torre de rectificacinAltura de 4.10 metros.Dimetro de 0.22 metros.Nmero de platos 17.Distancia entre platos de 0.152 metros.Relacin de reflujo mnima calculada= 2.56Acero inoxidable.Dos bombas centrifugas.

2T-2T-3Torre de rectificacinAltura de 3.95 metros.Dimetro de 0.22 metros.Nmero de platos 11.Distancia entre platos de 0.152 metros.Relacin de reflujo mnima calculada de 2.Acero inoxidable.Dos bombas centrifugas.

3B-1B-2B-3Bombas centrifugasEficiencia de 80 %

Mezclado

Fig.18 Diagrama de la seccin de mezclado, realizado en ASPEN PLUS V8En sta etapa el metanol y aceite vegetal se alimentan en una relacin molar estequiometria (3:1, respectivamente). La corriente 10 de recirculacin provee un exceso de metanol necesario para favorecer la reaccin hacia los productos. Debido a que se considera el 80% del volumen de nuestro primer reactor CSTR, el flujo de corriente de alimentacin se considera de 0.4 a 1.6 L/min.

TABLA 24 Condiciones de operacin de la alimentacin.Compuestos Corriente1 Corriente2

Temperatura 25 C 25 C

Presin 1 atm1 atm

Reaccin

Fig.19 Diagrama de la seccin de reaccin, realizado en ASPEN PLUS V8.

Dentro de esta de esta etapa del proceso se puede detallar que las reacciones se llevan a cabo en un par de reactores del tipo CSTR, donde la conversin del aceite en biodiesel depende en cierta medida del catalizador alcalino que se utiliza, as como los tiempos de residencia ubicados entre los lapsos que van desde 30 minutos hasta 2 horas, en una capacidad de 60 Lt.

TABLA 25 Condiciones generales de operacin del reactorcondicinReactor 1Reactor 2

Presin1 atm1 atm

Temperatura60C60C

Fases de reaccinVapor-lquidoVapor-lquido

Tiempo de residencia30-120 minutos30-120 minutos

TABLA 26 a) condiciones especficas de operacin para el primer reactor CSTRVariableCantidadUnidades

Temperatura60C


Volumen47.6747L

Fase lquida47.6747L

Fase Gaseosa0L


TABLA 26 b) condiciones especficas de operacin para el segundo reactor CSTRVariableCantidadUnidades

Temperatura60C


Volumen45.6634L

Fase lquida45.6634L

Fase Gaseosa0L


Para esta etapa del proceso que se considera la ms importante desde el punto de vista de la sntesis de procesos, ya que es el corazn de nuestras actividades, ya que de l depende que obtengamos resultados favorables y apegados a la conversin del biodiesel planteada.

Reacciones qumicas llevadas a cabo durante el proceso de esterificacin en los reactores R-1 Y R-2 ambos del tipo CSTR.La reaccin global de transesterificacin usando triolena y metanol para producir oleato de metilo y glicerol es la siguiente:

Debido a que la reaccin de transesterificacin mediante la cual obtenemos como producto nuestro oleato de metilo, no es tan sencilla, sino que debido a que presenta un equilibrio cintico en 3 etapas, es necesario mostrar cada una de ellas, ya que en conjunto representan y engloban a una reaccin general, que fue la que presentamos en la parte superior.

Las ecuaciones para la velocidad de reaccin de las reacciones antes mostradas:

Los valores de las constantes de reaccin (k) fueron obtenidos a una temperatura de 60 C usando como catalizador NaOH dentro de cada uno de los 2 reactores de tipo CSTR en concentracin de 1.0% peso con respecto al peso de aceite alimentado. El alcohol utilizado fue metanol con una relacin molar 6:1 mol/mol de aceite.

TABLA 27 Energas de activacin y constantes de velocidad de reaccin de aceite de soya a 60 C.

Constantes de equilibrio K (L/mol*min)Energa de activacin (cal/mol*K)

Primera reaccin

k1= 0.050E1= 13145

k2= 0.110E2 =9932

Segunda reaccin

K3= 0.215E3= 19860

K4= 1.228E4=14639

Tercera reaccin

K5= 0.242E5= 6241

K6= 0.007E6=9588

Recuperacin de metanol

Fig.20 Diagrama de la seccin de recuperacin del metanol, realizado en ASPEN PLUS V8.

El exceso de metanol se recupera y recircula a la seccin de reaccin, aprovechando que el punto de ebullicin del metanol es 65C a 1 atmsfera de presin est por debajo del punto de ebullicin de los dems componentes de la mezcla a separar, formada oleato de metilo (aproximadamente 320 C a 1 atmsfera de presin) y del glicerol (300 C a 1 atm)

TABLA 28 Condiciones de operacin para la columna de recuperacin de metanolParmetrosCondiciones de operacin

Tipo de clculosEquilibrio

Nmero de etapas reales19

CondensadorTotal

ReboilerKettle

FaseVapor-lquido

Etapa de alimentacin7

Presin1 atm

Lavado

Fig.21 Diagrama de un equipo extractor para separar biodiesel del glicerol, realizado en ASPEN PLUS V8.

El propsito de esta etapa es la separacin de biodiesel del glicerol utilizando una extraccin lquida por contacto en contracorriente con agua, aprovechando que el biodiesel es inmiscible en agua.La condicin que se debe de hacer mencionar del agua que se utiliza como agente extractor es que su temperatura debe de ser de 25C (a temperatura ambiente).TABLA 29 Condiciones de operacin para la columna extractoraParmetrosCondiciones de operacin

Nmero de platos8

Presin1 atm

Purificacin de biodiesel

Fig.22 Diagrama de una columna de destilacin para purificar el biodiesel, realizado en ASPEN PLUS V8.Debido a que se requiere una purificacin del biodiesel que se obtuvo de la etapa anterior por encima de 96,5% en peso. Se procede a instalar una columna de destilacin dentro del proceso, la cual se encarga de separar el biodiesel de las trazas de aceites (glicridos) y con ello poder disponer de un producto que cumpla las especificaciones del mercado de los combustibles. TABLA 30 Condiciones de operacin para la columna de destilacin. Purificacin de biodieselParmetrosCondiciones de operacin



CondensadorTotal

ReboilerKettle

FaseVapor-lquido


Presin1 atm

Purificacin de glicerol

Fig.23 Diagrama de una columna de destilacin para purificar el glicerol, realizado en ASPEN PLUS V8.

El glicerol se genera en cantidades significativas como sub-producto del proceso de fabricacin de biodiesel (10% aproximadamente de la produccin de biodiesel). Se debe de purificar dicho subproducto a un nivel del 90% para poder ser comercializado a su vez, es por ello que en esta etapa final del proceso se utiliza otra columna de destilacin con caractersticas especiales mencionadas de diseo en la parte inferior.

TABLA 31 Condiciones de operacin para la columna de destilacin. Purificacin de glicerolParmetrosCondiciones de operacin



CondensadorTotal

ReboilerKettle

FaseVapor-lquido


Presin1 atm

Descripcin de las etapas del proceso y el funcionamiento de cada uno de los equipos

Etapa IEl proceso comienza con la alimentacin de aceite vegetal y metanol, con ayuda de un par de bombas es movido desde los contenedores, dichos reactivos se combinan en el mezclador M-1 junto con la recirculacin de metanol que proviene de la columna T-1.Etapa IILa mezcla que en el paso anterior se combin, se alimenta al reactor R-1 el cual es de tipo CSTR, el cual opera a una presin cercana a la atmosfrica y una temperatura normalmente por debajo del punto de ebullicin del metanol (aproximadamente 61 C y 585 mmHg). Dentro de dicho equipo se logran conversiones de aceite vegetal en steres cercanas al 80 %.

Debido a que dentro del primer reactor CSTR no se logra una buena conversin, de la cual se pueda disponer el producto para ser usado directamente como combustible, para lograr una mayor conversin del aceite vegetal, y a la vez un mayor rendimiento de biodiesel, el producto de R-1 se alimenta a un segundo reactor, que opera a las mismas condiciones del reactor anterior. La conversin alcanzada en este reactor es cercana a 91%.

Etapa IIILa corriente de salida de R-2 es una mezcla formada por biodiesel, glicerol, metanol, catalizador y los glicridos que no se lograron convertirPor razones econmicas es importante recuperar el metanol en exceso. Esto se lleva a cabo en la columna de destilacin T-1. El destilado de esta columna consiste en una mezcla rica en metanol.Etapa IVEl producto de fondo de T-1, que contiene biodiesel, glicerol, triglicridos, diglicridos, monoglicridos y catalizador se enva a una columna de extraccin E-1, en el cual por medio de un lavado con agua se separa una fase rica en FAME de otra corriente rica en glicerol.Etapa VLa fase rica en FAME se enva a una columna de destilacin T-2. Con la cual se recupera biodiesel con una alta pureza, cercana al 98% peso. El residuo de esta columna es una mezcla de triglicridos, diglicridos y monoglicridos (aceite). La mezcla de glicridos se puede reutilizar como carga al proceso.

Etapa VILa corriente rica en glicerol se enva a la columna de destilacin T-3, con la cual se separa el glicerol del agua. El agua recuperada puede neutralizarse y utilizarse nuevamente como agua de lavado en el extractor.

Proceso alternativo para la produccin de biodieselDebemos destacar que dentro de ste apartado referente a la existencia de algn proceso alternativo para la generacin de biodiesel, no lo hay, la nica variante que fue identificada es la materia prima a partir de la cual se parte para llegar al mismo producto que es el biodiesel.Las variantes que deben de ser analizadas para seleccionar el tipo de biomasa con la cual se trabajara, son principalmente: aquel cultivo que nos genere mayor y mejor calidad de biodiesel, la disponibilidad del mismo para ser sembrado, as como aquel que nos permita el menor uso de columnas para la purificacin del producto y del subproducto glicerol. Para nuestro caso otra opcin de cultivo para el mismo proceso planteado seria la semilla de girasol, ya que es una biomasa que presenta una gran conversin a biodiesel, se considera limpio, as mismo la cantidad energtica y % de oxigenacin que nos brinda es muy cercana a la del aceite de soya que es el mejor. De la misma manera el girasol es una planta muy fcil de sembrar y cosechar, la cual puede ser de lluvia o de temporada, las condiciones no requieren de mucha humedad ni cuidados excesivos.

Consumo energtico en las condiciones de diseo para cada equipo en especfico

TABLA 32 Requerimiento energtico para la operacin de la Bomba B-1 de alimentacin de aceite.VariableMagnitudUnidades



P0.013076Atm


TABLA 33 Requerimiento energtico para la operacin de la Bomba B-2 de alimentacin de metanol.VariableMagnitudUnidades



P0.013076Atm

Dimensiones (Longitud) 9.17m

TABLA 34 Requerimiento energtico para la operacin de la Bomba B-3 de recirculacin de metanol.VariableMagnitudUnidades



P0.03669Atm



Temperatura60C


Volumen47.6747L

Fase lquida47.6747L

Fase gaseosa0L



Temperatura60C


Volumen45.6634L

Fase lquida45.6634L

Fase gaseosa0L


TABLA 37 Requerimiento energtico para el condensador de la columna de destilacin T-1 (Recuperacin de metanol).VariableMagnitudUnidades

Temperatura63.58C



Reflujo0.72Kmol/hr

Relacin de reflujo2

TABLA 38 Requerimiento energtico para el Reboiler de la columna de destilacin T-1 (Recuperacin de metanol).VariableMagnitudUnidades

Temperatura185.01C


TABLA 39 Requerimiento energtico para el condensador de la columna de destilacin T-2 (Purificacin de Biodiesel).VariableMagnitudUnidades

Temperatura94.77C



Reflujo0.24Kmol/hr

Relacin de reflujo2

TABLA 40 Requerimiento energtico para el Reboiler de la columna de destilacin T-2 (Purificacin de Biodiesel).VariableMagnitudUnidades

Temperatura255.98C


TABLA 41 Requerimiento energtico para el condensador de la columna de destilacin T-3 (Purificacin de Glicerol).VariableMagnitudUnidades

Temperatura89.18C



Reflujo0.12Kmol/hr

Relacin de reflujo2

TABLA 42 Requerimiento energtico para el Reboiler de la columna de destilacin T-3 (Purificacin de Glicerol).VariableMagnitudUnidades

Temperatura197.14C


Anlisis de sensibilidad del proceso

TABLA 43 Efecto del flujo de alimentacin sobre la conversin de triolena en R-1.Triolena(Kmol/hr)Metanol(Kmol/hr)Flujo volumtrico de la corriente al reactor (L/hr)Volumen de mezcla reaccionante LConversin XA

0.010.0334.787931.024188.09

0.020.0654.226735.129089.01

0.030.0974.2238.177989.32

0.040.1294.60247.674790.38

0.050.15115.27257.540091.13

0.060.18136.1767.732191.68

0.070.21157.25478.2592.19

Fig.24 Relacin de la conversin con respecto al flujo volumtrico de carga a R-1 CSTR.

Como se puede ver en la grfica anterior, la conversin tiene un comportamiento creciente a medida que aumenta el flujo volumtrico de carga al reactor a un espacio tiempo constante, recordando que dicho flujo volumtrico tiene a su vez una dependencia de la alimentacin estequiometria de los reactivos: triolena-metanol.

TABLA 44 Efecto del tiempo de residencia sobre la conversin de triolena en R-1.Tiempo de residencia (hr)Conversin XA

0.381

0.590

0.792

0.893

0.993.7

194

1.294.7

1.395

1.595.3

1.695.8

1.895.9

296

2.196

2.296

2.496

2.596.2

396.3

Fig.25 Relacin de la conversin con respecto al tiempo de conversin dentro del reactor R-1 CSTR.La interpretacin que podemos darle a este segundo anlisis de sensibilidad en funcin del tiempo de residencia que ocurre dentro del reactor es lo siguiente, donde a mayor tiempo de residencia se obtendr mayor conversin, debido a que las reacciones son reversibles y en presencia de metanol en exceso seguir convirtindose desplazando la reaccin hacia la produccin de oleato de metilo.En los primeros 30 minutos la conversin se incrementa rpidamente hasta alcanzar un valor cercano al 91%, posteriormente el incremento de la conversin con respecto al tiempo es lento, pues la reaccin disminuye su velocidad. Es por esta ltima causa que se debe de implementar un segundo reactor para completar la conversin a un valor final de 97.91% en un tiempo de 1.5 horas.

BIBLIOGRAFA Obtencin de biodiesel por transesterificacin de aceites vegetales: nuevos mtodos de sntesis; Universidad de Extremadura Facultad de Ciencias Departamento de Ingeniera Qumica y Qumica Fsica.

Feasibility Study on the Production of Bioethanol from Tapioca Solid Waste to Meet the National Demand of Biofuel Ruri Agung Wahyuonoa,b*, Muhammad Naufal Hakima, Surya Alam Santosoa Department of Engineering Physics, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS).

Conference and Exhibition Indonesia Renewable Energy & Energy Conservation [Indonesia EBTKE CONEX 2013] Bioenergy Plants in Indonesia: Sorghum for Producing Bioethanol as an Alternative Energy Substitute of Fossil Fuels.

Potenciales y Viabilidad del Uso de Bioetanol y Biodiesel para el Transporte en Mxico;SENER, 2006.

SOLBEN, SOLUCIONES EN BIOENERGA Reporte de estudio 2011. Pdf.

Catalytic dehydration of bioethanol to ethylene: Pilot-scale studies and process simulation A.P. Kagyrmanova, V.A. Chumachenko, V.N. Korotkikh, V.N. Kashkin, A.S. Noskov.

Bioetanol de caa de azcar Una energa para el desarrollo sostenible. BNDES, CGEE, FAO y CEPAL. 2008. Pdf.

SIMULACIN DE UNA PLANTA PILOTO PARA LA PRODUCCIN DE BIODIESEL EN EL LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS DE LA ESIQIE; Tesis licenciatura 2010.

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Reporte de Practica #2

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